提高精密加工设备运动平台绝对位置定位精度的装置和方法

文档序号:6148502阅读:227来源:国知局
专利名称:提高精密加工设备运动平台绝对位置定位精度的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种提高精密加工设备运动平台定位精度的装置和方法,特别涉及提高精密加工设备运动平台绝对位置定位精度的装置和方法。

背景技术
在高精密加工设备运动控制领域中,通常使用激光干涉仪等高精密检测设备来保证运动平台的控制精度,然而此类检测仪器无法解决运动平台在初始位置时的重复精度问题。所谓重复精度并非指加工设备运动时的重复精度,而是指设备从未知状态进入工作状态的重复性。例如切断设备电源后重新上电恢复使用,要保证其坐标的建立与前一次工作状态非常接近,即保证相同(尽量接近)的坐标原点和坐标方向,这就对精密加工设备运动平台绝对位置定位精度提出了更高的要求。
在现有技术中,霍尔元件被认为是一种成本低廉,性能可靠的位置检测装置,Honeywell的霍尔效应传感与应用(Hall Effect Sensing and Application)对霍尔元件的结构、特点、实现原理及应用方法做了详细的描述。中国专利第CN101067726A号公开了一种精密加工设备的提高重复精度的工件台结构及方法,该方法正是基于霍尔元件在对感应磁铁侧面滑移的工作模式而设计的。
该技术在运动平台绝对位置的精确定位方面具有理想的线性与极佳的分辨率,但无法避免“零点漂移”问题对运动平台定位精度的影响。基于该技术的运动平台在使用一段时间之后,必须重新检测背景磁场强度,重新标定运动平台零点,并将其作为机器常数保存在控制程序中。


发明内容
本发明的目的在于提供一种提高精密加工设备运动平台绝对位置定位精度的装置和方法,通过在运动方向上同时布置两组不同的磁场,实现了对精密加工设备绝对位置的精确定位,以解决运动平台“零点漂移”问题。
本发明采用如下技术方案 一种提高精密加工设备运动平台绝对位置定位精度的装置,包括运动平台和基准板,所述运动平台上固定有同一方向的第一零位磁铁组和第二零位磁铁组,所述第一零位磁铁组和第二零位磁铁组中相邻两零位磁铁磁极反向设置,所述基准板上对应于所述第一零位磁铁组和第二零位磁铁组位置处分别设有第一零位传感器和第二零位传感器。
进一步地,所述第一零位磁铁组包括第一零位磁铁、第二零位磁铁、第三零位磁铁,所述第二零位磁铁组包括第四零位磁铁、第五零位磁铁。
进一步地,所述第一零位传感器至所述第一零位磁铁组之间的间隙与所述第二零位传感器至所述第二零位磁铁组之间的间隙相等。
进一步地,所述第一零位传感器和第二零位传感器均为电压输出型霍尔元件。
进一步地,所述第一零位磁铁、第三零位磁铁靠近所述第一零位传感器的磁极与所述第二零位磁铁靠近所述第一零位传感器的磁极相反,所述第四零位磁铁靠近第二零位传感器的磁极与所述第五零位磁铁靠近所述第二零位传感器的磁极相反。
进一步地,所述第一零位磁铁、第二零位磁铁、第三零位磁铁之间直接吸合或存在间隙;所述第四零位磁铁、第五零位磁铁之间直接吸合或存在间隙。
本发明还提供一种运动平台绝对位置定位方法,包括利用零位传感器测量运动平台的绝对位置,利用第一零位传感器的输出最大值确定零点范围,利用第一零位传感器和第二零位传感器的输出值确定零点的精确位置。
进一步地,所述确定零点范围包括获得第一零位传感器的输出最大值Vout1_max后,使运动平台分别沿x轴负方向与x轴正方向运动,并获得第一零位传感器的输出电压Vout1_G1与Vout1_G2。
进一步地,所述输出电压Vout1_G1满足公式 Vout1_max-Vc-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max-Vc+δ1,其中n为采样点数,Vc为一个固定的电压常数,δ1为此处允许的误差; Vout1_G2满足公式Vout1_G1-δ2≤Vout1_G2(i)≤Vout1_G1+δ2,其中n为采样点数,δ2为此处允许的误差。
进一步地,所述Vc的取值范围满足0<Vc<(Vout1_max-Vout1_min-δ1),其中Vout1_max为第一零位传感器输出的最大值,Vout1_min为第一零位传感器输出的最小值,δ1为此处允许的误差。
进一步地,所述第一零位传感器的输出电压Vout1_G1与Vout1_G2时,对应的所述第二零位传感器的输出值为Vout2_P1与Vout2_P2;所述Vout2_P1满足公式Vout2_P2满足公式其中n为采样点数。
进一步地,使运动平台沿x轴负方向运动,根据所述Vout2_P1与Vout2_P2的范围获得第二零位传感器的输出电压Vout2_P0,且对应的运动平台的所在位置即为零点的精确位置。
进一步地,Vout2_P0满足公式 其中n为采样点数,δ3为此处允许的误差。
本发明还提供一种提高精密加工设备运动平台绝对位置定位精度的方法,上述提高精密加工设备运动平台绝对位置定位精度的装置,包括以下步骤 1)运动平台运动至名义零点位置,即x向第一零位传感器与第一零位磁铁组垂向正对位置,然后沿x正方向与负方向搜索出一点G7,使第一零位传感器在G7点输出最大值Vout1_max; 2)运动平台沿x负方向搜索出一点G1,使第一零位传感器在G1点的输出Vout1_G1满足式(1)、(2)所示之条件,式中,n为采样点数,Vc为一个固定的电压常数,δ1为此处允许的误差; Vout1_max-Vc-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max-Vc+δ1 (2) 保持运动平台不动,记下此时第二零位传感器的输出电压Vout2_P1,P1点电压由式(3)确定; 3)将运动平台沿x正方向搜索,跨过G7点至G4到G6范围内,并在该范围内搜索一点G2,使第一零位传感器在G2点的输出电压Vout1_G2满足式(4)、(5)所示之条件,式中,δ2为此处允许的误差; Vout1_G1-δ2≤Vout1_G2(i)≤Vout1_G1+δ2 (5) 保持运动平台不动,记下此时第二零位传感器的输出电压Vout2_P2,P2点电压由式(6)确定; 4)将运动平台沿x负方向运动,在P2到P1范围内搜索一点P0,使第二零位传感器在P0点的输出电压满足式(7)、(8)所示之条件,式中,δ3为此处允许的误差; 保持运动平台不动,记下此时第一零位传感器的输出电压Vout1_G8,G8点电压由式(9)确定; 5)如果第一零位传感器在G8点输出电压值Vout1_G8满足式(10)所示之条件,则认为运动平台已处于零位位置;否则认为运动平台零位位置定位失败,控制程序需返回错误信息,并进行相应的处理,式(10)中δ4为此处允许的误差 Vout1_max-δ4≤Vout1_G8≤Vout1_max+δ4 (10)。
进一步地,所述Vc的取值范围满足0<Vc<(Vout1_max-Vout1_min-δ1),其中Vout1_max为第一零位传感器输出的最大值,Vout1_min为第一零位传感器输出的最小值,δ1为此处允许的误差。
进一步地,所述步骤1)具体包括以下步骤 11)运动平台运动至名义零点位置,令Vout1_max=Vout1,其中,Vout1为当前第一零位传感器的输出电压值,Vout1_max为当前已经测得的零位传感器的输出最大值; 12)判断是否|Vout1_max-Vout1|<Vc0,如果是,则保持运动平台沿x正方向搜索,并执行步骤13);如果否,则保持运动平台沿x负方向搜索,并执行步骤14),其中Vc0为一个固定的电压常数; 13)判断Vout1>Vout1_max,如果是,则Vout1_max=Vout1,转步骤12),如果否,直接转步骤12); 14)判断Vout1>Vout1_max,如果是,则Vout1_max=Vout1,转步骤15),如果否,直接转步骤15); 15)判断|Vout1_max-Vout1|<Vc-δ1,如果是,则转步骤14);如果否,执行步骤2)。
进一步地,所述步骤2)具体包括以下步骤 21)初始化i、Vout1_G1、Vout2_P1,即令i=0,Vout1_G1=0,Vout2_P1=0; 22)判断是否Vout1_max-Vc-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max-Vc+δ1,如果否,执行步骤23),如果是,转步骤24); 23)运动平台沿x负方向搜索,转步骤21); 24)判断是否i<n,如果是,则执行步骤25);如果否,即连续n次采样满足式(2),转步骤26); 25)i=i+1,Vout1_G1=Vout1_G1+Vout1,Vou2_P1=Vout2_P1+Vout2,转步骤22); 26)令Vout1_G1=Vout1_G1/n,Vout2_P1=Vout2_P1/n,执行步骤3)。
进一步地,所述步骤3)具体包括以下步骤 31)将运动平台沿x正方向搜索; 32)判断是否Vout1_max-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max+δ1,如果是执行步骤33),如果否转步骤31); 33)令i=0,Vout1_G2=0,Vout2_P2=0; 34)判断Vout1_G1-δ2≤Vout1_G2(i)≤Vout1_G1+δ2,如果否,执行步骤35),如果是,转步骤36); 35)将运动平台沿x正方向搜索,转步骤33); 36)判断是否i<n,如果是,则执行步骤37);如果否,即连续n次采样满足式(5),转步骤38); 37)i=i+1,Vout1_G2=Vout1_G2+Vout1,Vout2_P2=Vout2_P2+Vout2,转步骤34); 38)令Vout1_G2=Vout1_G2/n,Vout2_P2=Vout2_P2/n,执行步骤4)。
进一步地,所述步骤4)具体包括以下步骤 41)令i=0,Vout1_G8=0,Vout2_P0=0; 42)判断如果否,执行步骤43), 如果是,转步骤44); 43)将运动平台沿x负方向搜索,判断是否Vout1≤Vout1_G1-Vc,如果是,则零位位置定位失败,返回错误信息,返回;如果否,转步骤41); 44)判断是否i<n,如果是,则执行步骤45);如果否,即连续n次采样满足式(8),转步骤46); 45)i=i+1,Vout1_G8=Vout1_G8+Vout1,Vout2_P0=Vout2_P0+Vout2,转步骤42); 46)令Vout1_G8=Vout1_G8/n,Vout2_P0=Vout2_P0/n,执行步骤5)。
进一步地,所述步骤5)具体包括以下步骤 51)判断是否Vout1_max-δ4≤Vout1_G8≤Vout1_max+δ4,如果是,则运动平台零点位置定位成功,返回;如果否,则零点位置定位失败,返回错误信息。
与传统方法相比,本发明提出的方法,除了能够在零点位置获得理想的线性与极佳的分辨率外,还能够极大地补偿由于元器件老化、温度波动以及外界杂散因素影响而产生的“零点漂移”问题。
另外,其中一组磁场能够使霍尔元件在零点位置附近获得极佳的分辨率,从而允许在一定程度上加大磁铁到霍尔元件的间隙,这将显著降低霍尔元件对电源波动的敏感性,同时,还可以降低对机械加工和安装精度的要求。两组磁场的组合使用还可以使运动平台在更大的量程范围内具有理想的分辨率和线性。本发明可应用于半导体生产设备、微加工设备等高精密加工设备中。
以下结合附图及实施例进一步说明本发明。



图1为本发明提高精密加工设备运动平台定位精度的装置实施例结构示意图; 图2为本发明实施例中第一零位传感器及其在对应磁场下的输出特性曲线; 图3为本发明实施例中第二零位传感器及其在对应磁场下的输出特性曲线; 图4至图8为本发明提高精密加工设备运动平台定位精度的方法实施例流程图; 图9为本发明实施例中第一零位传感器输出的漂移与失真; 图10为本发明实施例中第二零位传感器输出的漂移与失真。

具体实施例方式 如图1所示,一种提高精密加工设备运动平台绝对位置定位精度的装置,包括运动平台9和基准板8,运动平台9靠近所述基准板8一侧的表面上固定有同一方向的第一零位磁铁组和第二零位磁铁组,所述第一零位磁铁组和第二零位磁铁组中相邻两零位磁铁磁极反向设置,所述基准板8靠近所述运动平台9一侧的表面上对应于所述第一零位磁铁组和第二零位磁铁组位置处分别设有第一零位传感器1和第二零位传感器2。
实际的高精密加工设备运动平台9往往包含对x、y、z、rx、ry、rz(其中rx、ry、rz为运动平台分别在x、y、z方向上的旋转自由度)等多个自由度方向上的精确定位。由于任意一个方向上的旋转自由度(如rz)能通过对另外两方向上的精确定位加以约束,如精确定位运动平台上任意两点(x1,y1),(x2,y2),整个运动平台的绝对位置精确定位问题可抽象为对单一自由度方向上绝对位置的精确定位问题。为便于叙述,本发明实施例中只描述x方向绝对位置精确定位,即第一零位传感器1和第二零位传感器2均为x向,且x向的第一零位传感器1与第一零位磁铁组垂向正对时,为运动平台9的名义零点位置。本发明的保护范围并不以x向为限。
其中,所述第一零位磁铁组包括第一零位磁铁3、第二零位磁铁4、第三零位磁铁5。本实施例中所述第一零位磁铁3、第三零位磁铁5的N极靠近所述第一零位传感器1,第二零位磁铁4的S极靠近第一零位传感器1,如此构成第一零位传感器1的作用磁场。所述第一零位传感器1通过对第一零位磁铁组的感应,确定运动平台运动至零点范围。所述第一零位磁铁3、第二零位磁铁4、第三零位磁铁5之间即可直接吸合也可存在间隙。间隙的大小根据零位磁铁尺寸、霍尔元件尺寸、期望定位精度等因素确定。
其中,所述第二零位磁铁组包括第四零位磁铁6、第五零位磁铁7。本实施例中,第四零位磁铁6的S极靠近第二零位传感器2,第五零位磁铁7的N极靠近第二零位传感器2,如此构成第二零位传感器2的作用磁场。所述第二零位传感器2通过对第二零位磁铁组的感应,确定精确的零点位置。所述第四零位磁铁6、第五零位磁铁7之间即可直接吸合也可存在间隙。间隙的大小根据零位磁铁尺寸、霍尔元件尺寸、期望定位精度等因素确定。
其中,所述第一零位传感器1至所述第一零位磁铁组之间的间隙与所述第二零位传感器2至所述第二零位磁铁组之间的间隙相等且均固定为g。
其中,所述第一零位传感器1和第二零位传感器2均为电压输出型霍尔元件。
图2为x向第一零位传感器1在第一零位磁铁组沿x方向运动时的输出特性曲线,该曲线被定义为特性曲线10。图3为x向第二零位传感器2在第二零位磁铁组沿x方向运动时的输出特性曲线,该曲线被定义为特性曲线11。在图2、图3中,特性曲线10的G5到G3以及G4到G6范围为第一零位传感器1的高分辨率范围,G3到G4范围为低分辨率范围;G7点为运动平台9第一次搜索特性曲线10上输出最大值时,确定的点;G1点为运动平台9自G7点开始沿x负方向搜索,并首次满足式(1)、(2)所示之条件的点;G2点为运动平台9自G1点开始沿x正方向搜索,并在跨越G7点之后,首次满足式(4)、(5)所示之条件的点。P1点为运动平台9锁定G1点后,第二零位传感器2输出电压值在特性曲线11上所对应的点;P2点为运动平台9锁定G2点后,第二零位传感器2输出电压值在特性曲线11上所对应的点;P0点为运动平台9自P2点开始沿x负方向搜索,并首次满足式(7)、(8)所示之条件的点;G8点为运动平台9锁定P0点后,第一零位传感器1输出电压值在特性曲线10上所对应的点。
图4至图8为本发明方法实施例的流程图。图中Vout1为第一零位传感器1的当前输出电压值;Vout1_max为第一零位传感器1在名义零点附近搜索到的最大输出电压值;VC为预设的机器常数,其值根据特性曲线10设定,应保证Vout1_max-VC处于特性曲线10上G5到G3范围内,并靠近G3一端;δ1、δ2、δ3、δ4分别为本方法在流程各阶段所允许的误差;n为采样点数;Vout1_G1、Vout1_G2、Vout1_G8分别为第一零位传感器1位于特性曲线10的G1、G2、G8点时,采样n次后的平均电压输出值;Vout2_P1、Vout2_P2、Vout2_P0分别为第二零位传感器2位于特性曲线11的P1、P2、P0点时,采样n次后的平均电压输出值。
本实施例中,提高精密加工设备运动平台绝对位置定位精度的方法,具体包括以下步骤 1)将运动平台9运动至名义零点位置,即x向第一零位传感器1与第一零位磁铁组垂向正对位置,然后沿x正方向与负方向搜索出一点G7,使第一零位传感器1在G7点输出最大值Vout1_max; 如图4所示,该步骤1)具体为 11)运动平台运动至名义零点位置,令Vout1_max=Vout1,其中,Vout1为当前第一零位传感器的输出电压值,Vout1_max为当前已经测得的零位传感器的输出最大值; 12)判断是否|Vout1_max-Vout1|<Vc0,如果是,则保持运动平台沿x正方向搜索,并执行步骤13);如果否,则保持运动平台沿x负方向搜索,并执行步骤14),其中Vc0为一个固定的电压常数; 13)判断Vout1>Vout1_max,如果是,则Vout1_max=Vout1,转步骤12),如果否,直接转步骤12); 14)判断Vout1>Vout1_max,如果是,则Vout1_max=Vout1,转步骤15),如果否,直接转步骤15); 15)判断|Vout1_max-Vout1|<Vc-δ1,如果是,则转步骤14);如果否,执行步骤2)。
2)运动平台9沿x负方向搜索出一点G1,使第一零位传感器1在G1点的输出Vout1_G1满足式(1)、(2)所示之条件,式中,n为采样点数,Vc为一个固定的电压常数,δ1为此处允许的误差; Vout1_max-Vc-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max-Vc+δ1 (2) 定义Vout1_max为零位传感器1输出的最大值;Vout1_min为零位传感器1输出的最小值;当Vc>(Vout1_max-Vout1_min-δ1)时,无法搜索到满足条件的G1点。当0<Vc<(Vout1_max-Vout1_min-δ1)时,可以搜索到满足式(1)(2)的G1点。只要能搜索到G1点,本发明描述的方法均可以实现。
若在0<Vc<(Vout1_max-Vout1_min-δ1)范围内取某一点Vc,则 1、若基于该Vc值应用本发明的方法,使得P1点或P2点不在第二零位传感器2的线性范围内,即当第二零位传感器2中的霍尔元件区域向运动平台方向作正投影,其投影区域处于第四零位磁铁6的磁极中心位置与第五零位磁铁7的磁极中心位置之间,且该投影区域不包含第四零位磁铁6的磁极中心位置与第五零位磁铁7的磁极中心位置时,第二零位传感器2的输出值处于其线性范围内,则以本发明所述方法测得的零点位置精度远差于传统方法,没有保护的必要。
2、若基于该Vc值应用本发明的方法,使得P1点与P2点都在第二零位传感器2的线性范围内,但G1点与G2点不在第一零位传感器1输出的高分辨率范围内,则能够实现本发明的方案,但效果不够理想。
3、若基于该Vc值应用本发明的方法,使得P1点与P2点都在第二零位传感器2的线性范围内,且G1点与G2点都在第一零位传感器1输出的高分辨率范围内,即当第一零位传感器1中的霍尔元件区域向运动平台方向作正投影,其投影区域处于第一零位磁铁3、第二零位磁铁5的磁极中心位置与第二零位磁铁4的磁极中心位置之间,且该投影区域不包含第一零位磁铁3、第二零位磁铁5的磁极中心位置与零位磁铁4的磁极中心位置时,零位传感器1的输出值处于其高分辨率范围内,则能够实现本发明的方案,且效果理想。
保持运动平台9不动,记下此时第二零位传感器2的输出电压Vout2_P1。P1点电压由式(3)确定; 如图5所示,该步骤2)具体为 21)初始化i、Vout1_G1、Vout2_P1,即令i=0,Vout1_G1=0,Vout2_P1=0; 22)判断是否Vout1_max-Vc-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max-Vc+δ1,如果否,执行步骤23),如果是,转步骤24); 23)运动平台9沿x负方向搜索,转步骤21); 24)判断是否i<n,如果是,则执行步骤25);如果否,即连续n次采样满足式(2),转步骤26); 25)i=i+1,Vout1_G1=Vout1_G1+Vout1,Vout2_P1=Vout2_P1+Vout2,转步骤22); 26)令Vout1_G1=Vout1_G1/n,Vout2_P1=Vout2_P1/n,执行步骤3); 3)将运动平台9沿x正方向搜索,跨过G7点至G4到G6范围内,并在该范围内搜索一点G2,使第一零位传感器1在G2点的输出电压Vout1_G2满足式(4)、(5)所示之条件,式中,δ2为此处允许的误差; Vout1_G1-δ2≤Vout1_G2(i)≤Vout1_G1+δ2 (5) 保持运动平台9不动,记下此时第二零位传感器2的输出电压Vout2_P2。P2点电压由式(6)确定; 如图6所示,该步骤3)具体为 31)将运动平台9沿x正方向搜索; 32)判断是否Vout1_max-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max+δ1,如果是执行步骤33),如果否转步骤31); 33)令i=0,Vout1_G2=0,Vout2_P2=0; 34)判断Vout1_G1-δ2≤Vout1_G2(i)≤Vout1_G1+δ2,如果否,执行步骤35),如果是,转步骤36); 35)将运动平台9沿x正方向搜索,转步骤33); 36)判断是否i<n,如果是,则执行步骤37);如果否,即连续n次采样满足式(8),转步骤38); 37)i=i+1,Vout1_G2=Vout1_G2+Vout1,Vout2_P2=Vout2_P2+Vout2,转步骤34); 38)令Vout1_G2=Vout1_G2/n,Vout2_P2=Vout2_P2/n,执行步骤4); 4)将运动平台9沿x负方向运动,在P2到P1范围内搜索一点P0,使第二零位传感器2在P0点的输出电压满足式(7)、(8)所示之条件,式中,δ3为此处允许的误差; 保持运动平台9不动,记下此时第一零位传感器1的输出电压Vout1_G8。G8点电压由式(9)确定; 如图7所示,该步骤4)具体为 41)令i=0,Vout1_G8=0,Vout2_P0=0; 42)判断如果否,执行步骤43),如果是,转步骤44); 43)将运动平台9沿x负方向搜索,判断是否Vout1≤Vout1_G1-Vc,如果是,则零位位置定位失败,返回错误信息,返回;如果否,转步骤41); 44)判断是否i<n,如果是,则执行步骤45);如果否,即连续n次采样满足式(5),转步骤46); 45)i=i+1,Vout1_G8=Vout1_G8+Vout1,Vout2_P0=Vout2_P0+Vout2,转步骤42); 46)令Vout1_G8=Vout1_G8/n,Vout2_P0=Vout2_P0/n,执行步骤5); 5)如果第一零位传感器1在G8点输出电压值Vout1_G8满足式(10)所示之条件,则认为运动平台9已处于零位位置;否则认为运动平台零位位置定位失败,控制程序需返回错误信息,并进行相应的处理。式(10)中δ4为此处允许的误差。
Vout1_max-δ4≤Vout1_G8≤Vout1_max+δ4 (10) 如图8所示,该步骤5)具体为 51)判断是否Vout1_max-δ4≤Vout1_G8≤Vout1_max+δ4,如果是,则运动平台9零点位置定位成功,返回;如果否,则零点位置定位失败,返回错误信息。
图9、图10分别描述了第一零位传感器1和第二零位传感器2输出的漂移与失真。图9中曲线10为理想状态下,第一零位传感器1在第一零位磁铁组作用下的输出特性曲线。图10中曲线11为理想状态下,第二零位传感器2在第二零位磁铁组作用下的输出特性曲线;曲线12、13分别为曲线10和曲线11受基准板8与运动平台9之间平行度误差影响而产生的失真;曲线14、15分别为曲线10和曲线11受温度波动,元器件老化等因素影响而产生的漂移。本发明所描述的方法,主要对曲线10与曲线11沿Vout轴方向上的漂移有明显的补偿作用,对基准板8与运动平台9之间的平行度误差所造成的输出失真也有很好的抑制作用;但对于各零位磁铁之间不均匀退磁、外界磁场介入、以及基准板与运动平台温度系数差异等因素所造成的输出特性曲线沿x轴方向的漂移无明显的矫正与补偿作用。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点,其目的在使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施,但不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围,即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰,仍落在本发明的专利范围内。
权利要求
1、一种提高精密加工设备运动平台绝对位置定位精度的装置,包括运动平台和基准板,其特征在于所述运动平台上固定有同一方向的第一零位磁铁组和第二零位磁铁组,所述第一零位磁铁组和第二零位磁铁组中相邻两零位磁铁磁极反向设置,所述基准板上对应于所述第一零位磁铁组和第二零位磁铁组位置处分别设有第一零位传感器和第二零位传感器。
2、根据权利要求1所述的装置,其特征在于所述第一零位磁铁组包括第一零位磁铁、第二零位磁铁、第三零位磁铁,所述第二零位磁铁组包括第四零位磁铁、第五零位磁铁。
3、根据权利要求1所述的装置,其特征在于所述第一零位传感器至所述第一零位磁铁组之间的间隙与所述第二零位传感器至所述第二零位磁铁组之间的间隙相等。
4、根据权利要求1所述的装置,其特征在于所述第一零位传感器和第二零位传感器均为电压输出型霍尔元件。
5、根据权利要求2所述的装置,其特征在于所述第一零位磁铁、第三零位磁铁靠近所述第一零位传感器的磁极与所述第二零位磁铁靠近所述第一零位传感器的磁极相反,所述第四零位磁铁靠近第二零位传感器的磁极与所述第五零位磁铁靠近所述第二零位传感器的磁极相反。
6、根据权利要求2所述的装置,其特征在于所述第一零位磁铁、第二零位磁铁、第三零位磁铁之间直接吸合或存在间隙;所述第四零位磁铁、第五零位磁铁之间直接吸合或存在间隙。
7、一种运动平台绝对位置定位方法,包括利用零位传感器测量运动平台的绝对位置,其特征在于利用第一零位传感器的输出最大值确定零点范围,利用第一零位传感器和第二零位传感器的输出值确定零点的精确位置。
8、根据如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述确定零点范围包括获得第一零位传感器的输出最大值Vout1_max后,使运动平台分别沿x轴负方向与x轴正方向运动,并获得第一零位传感器的输出电压Vout1_G1与Vout1_G2。
9、根据如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述输出电压Vout1_G1满足公式Vout1_max-Vc-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max-Vc+δ1,其中n为采样点数,Vc为一个固定的电压常数,δ1为此处允许的误差;
Vout1_G2满足公式Vout1_G1-δ2≤Vout1_G2(i)≤Vout1_G1+δ2,其中n为采样点数,δ2为此处允许的误差。
10、根据如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述Vc的取值范围满足0<Vc<(Vout1_max-Vout1_min-δ1),其中Vout1_max为第一零位传感器输出的最大值,Vout1_min为第一零位传感器输出的最小值,δ1为此处允许的误差。
11、根据如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述第一零位传感器的输出电压Vout1_G1与Vout1_G2时,对应的所述第二零位传感器的输出值为Vout2_P1与Vout2_P2;所述Vout2_P1满足公式Vout2_P2满足公式其中n为采样点数。
12、根据如权利要求11所述的方法,其特征在于,使运动平台沿x轴负方向运动,根据所述Vout2_P1与Vout2_P2的范围获得第二零位传感器的输出电压Vout2_P0,且对应的运动平台的所在位置即为零点的精确位置。
13、根据如权利要求12所述的方法,其特征在于,Vout2_P0满足公式其中n为采样点数,δ3为此处允许的误差。
14、一种提高精密加工设备运动平台绝对位置定位精度的方法,采用权利要求1所述的提高精密加工设备运动平台绝对位置定位精度的装置,其特征在于包括以下步骤
1)运动平台运动至名义零点位置,即x向第一零位传感器与第一零位磁铁组垂向正对位置,然后沿x正方向与负方向搜索出一点G7,使第一零位传感器在G7点输出最大值Vout1_max;
2)运动平台沿x负方向搜索出一点G1,使第一零位传感器在G1点的输出Vout1_G1满足式(1)、(2)所示之条件,式中,n为采样点数,Vc为一个固定的电压常数,δ1为此处允许的误差;
Vout1_max-Vc-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max-Vc+δ1(2)
保持运动平台不动,记下此时第二零位传感器的输出电压Vout2_P1,P1点电压由式(3)确定;
3)将运动平台沿x正方向搜索,跨过G7点至G4到G6范围内,并在该范围内搜索一点G2,使第一零位传感器在G2点的输出电压Vout1_G2满足式(4)、(5)所示之条件,式中,δ2为此处允许的误差;
Vout1_G1-δ2≤Vout1_G2(i)≤Vout1_G1+δ2 (5)
保持运动平台不动,记下此时第二零位传感器的输出电压Vout2_P2,P2点电压由式(6)确定;
4)将运动平台沿x负方向运动,在P2到P1范围内搜索一点P0,使第二零位传感器在P0点的输出电压满足式(7)、(8)所示之条件,式中,δ3为此处允许的误差;
保持运动平台不动,记下此时第一零位传感器的输出电压Vout1_G8,G8点电压由式(9)确定;
5)如果第一零位传感器在G8点输出电压值Vout1_G8满足式(10)所示之条件,则认为运动平台已处于零位位置;否则认为运动平台零位位置定位失败,控制程序需返回错误信息,并进行相应的处理,式(10)中δ4为此处允许的误差
Vout1_max-δ4≤Vout1_G8≤Vout1_max+δ4 (10)。
15、根据权利要求14所述的提高精密加工设备运动平台绝对位置定位精度的方法,其特征在于,所述Vc的取值范围满足0<Vc<(Vout1_max-Vout1_min-δ1),其中Vout1_max为第一零位传感器输出的最大值,Vout1_min为第一零位传感器输出的最小值,δ1为此处允许的误差。
16、根据权利要求14所述的提高精密加工设备运动平台绝对位置定位精度的方法,其特征在于,所述步骤1)具体包括以下步骤
11)运动平台运动至名义零点位置,令Vout1_max=Vout1,其中,Vout1为当前第一零位传感器的输出电压值,Vout1_max为当前已经测得的零位传感器的输出最大值;
12)判断是否|Vout1_max-Vout1|<Vc0,如果是,则保持运动平台沿x正方向搜索,并执行步骤13);如果否,则保持运动平台沿x负方向搜索,并执行步骤14),其中Vc0为一个固定的电压常数;
13)判断Vout1>Vout1_max,如果是,则Vout1_max=Vout1,转步骤12),如果否,直接转步骤12);
14)判断Vout1>Vout1_max,如果是,则Vout1_max=Vout1,转步骤15),如果否,直接转步骤15);15)判断|Vout1_max-Vout1|<Vc-δ1,如果是,则转步骤14);如果否,执行步骤2)。
17、根据权利要求16所述的提高精密加工设备运动平台绝对位置定位精度的方法,其特征在于,所述步骤2)具体包括以下步骤
21)初始化i、Vout1_G1、Vout2_P1,即令i=0,Vout1_G1=0,Vout2_P1=0;
22)判断是否Vout1_max-Vc-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max-Vc+δ1,如果否,执行步骤23),如果是,转步骤24);
23)运动平台沿x负方向搜索,转步骤21);
24)判断是否i<n,如果是,则执行步骤25);如果否,即连续n次采样满足式(2),转步骤26);
25)i=i+1,Vout1_G1=Vout1_G1+Vout1,Vout2_P1=Vout2_P1+Vout2,转步骤22);
26)令Vout1_G1=Vout1_G1/n,Vout2_P1=Vout2_P1/n,执行步骤3)。
18、根据权利要求17所述的提高精密加工设备运动平台绝对位置定位精度的方法,其特征在于,所述步骤3)具体包括以下步骤
31)将运动平台沿x正方向搜索;
32)判断是否Vout1_max-δ1≤Vout1_G1(i)≤Vout1_max+δ1,如果是执行步骤33),如果否转步骤31);
33)令i=0,Vout1_G2=0,Vout2_P2=0;
34)判断Vout1_G1-δ2≤Vout1_G2(i)≤Vout1_G1+δ2,如果否,执行步骤35),如果是,转步骤36);
35)将运动平台沿x正方向搜索,转步骤33);
36)判断是否i<n,如果是,则执行步骤37);如果否,即连续n次采样满足式(5),转步骤38);
37)i=i+1,Vout1_G2=Vout1_G2+Vout1,Vout2_P2=Vout2_P2+Vout2,转步骤34);
38)令Vout1_G2=Vout1_G2/n,Vout2_P2=Vout2_P2/n,执行步骤4)。
19、根据权利要求18所述的提高精密加工设备运动平台绝对位置定位精度的方法,其特征在于,所述步骤4)具体包括以下步骤
41)令i=0,Vout1_G8=0,Vout2_P0=0;
42)判断如果否,执行步骤43),如果是,转步骤44);
43)将运动平台沿x负方向搜索,判断是否Vout1≤Vout1_G1-Vc,如果是,则零位位置定位失败,返回错误信息,返回;如果否,转步骤41);
44)判断是否i<n,如果是,则执行步骤45);如果否,即连续n次采样满足式(8),转步骤46);
45)i=i+1,Vout1_G8=Vout1_G8+Vout1,Vout2_P0=Vout2_P0+Vout2,转步骤42);
46)令Vout1_G8=Vout1_G8/n,Vout2_P0=Vout2_P0/n,执行步骤5)。
20、根据权利要求19所述的提高精密加工设备运动平台绝对位置定位精度的方法,其特征在于,所述步骤5)具体包括以下步骤
51)判断是否Vout1_max-δ4≤Vout1_G8≤Vout1_max+δ4,如果是,则运动平台零点位置定位成功,返回;如果否,则零点位置定位失败,返回错误信息。
全文摘要
提高精密加工设备运动平台绝对位置定位精度的装置和方法,所述装置包括运动平台和基准板,所述运动平台靠近所述基准板一侧的表面上固定有同一方向的第一零位磁铁组和第二零位磁铁组,所述第一零位磁铁组和第二零位磁铁组中相邻两零位磁铁磁极反向设置,所述基准板靠近所述运动平台一侧的表面上对应于所述第一零位磁铁组和第二零位磁铁组位置处分别设有第一零位传感器和第二零位传感器。与传统方法相比,本发明提出的方法,除了能够在零点位置获得理想的线性与极佳的分辨率外,还能够极大地补偿由于元器件老化、温度波动以及外界杂散因素影响而产生的“零点漂移”问题。
文档编号G01B7/00GK101551226SQ20091004999
公开日2009年10月7日 申请日期2009年4月24日 优先权日2009年4月24日
发明者磊 陈, 韦雪芹, 连国栋 申请人:上海微电子装备有限公司
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